Моделирование элементов и расчет установившихся режимов электрических систем и сетей. Лабораторный практикум

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Автоматизированные электроэнергетические системы»

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И РАСЧЕТ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ

Лабораторный практикум

Самара Самарский государственный технический университет

2019

1

Печатается по решению учёного совета СамГТУ (протокол № 8 от

28.03.2019 г.).

УДК 621.31(076.5) ББК 31.279я73

М74

М74 Моделирование элементов и расчет установившихся режимов электрических систем и сетей: лабораторный практикум / Сост.: Н.В. Безме-

нова, Л.М. Инаходова, А.А. Казанцев, К.В. Фролов. – Самара: Самар. гос. техн.

ун-т, 2019. – 56 с.

Описаны способы моделирования объектов и процессов в электрической сети и расчета её установившихся режимов. Рассмотрены основные принципы решения задач расчета, анализа и оптимизации режимов электрических сетей и систем в программном комплексе RastrWin.

Предназначен для бакалавров, обучающихся по направлению 130302 «Электроэнергетика и электротехника» и 130301 «Теплоэнергетика и теплотехника».

УДК 621.31(076.5) ББК 31.279я73 М 74

Рецензент: д-р техн. наук В.Г. Гольдштейн

©Н.В. Безменова, Л.М. Инаходова, А.А. Казанцев, К.В. Фролов, составление, 2019

©Самарский государственный технический университет, 2019

2

ВВЕДЕНИЕ

Для моделирования элементов электрической сети и расчета её установившихся режимов, применяемых в профессиональной деятельности, используется множество различных методов и комплексов. Одним из них является программный комплекс RastrWin (далее – ПК RastrWin).

Данный программный комплекс предназначен для решения задач по расчету, анализу и оптимизации режимов электрических сетей и систем и используется более чем в 160 организациях на территории России и СНГ. В России основными пользователями являются: Системный Оператор Единой Энергетической Системы (СО ЕЭС) и его филиалы, Федеральная Сетевая Компания (ФСК), Межрегиональная Распределительная Сетевая Компания (МРСК) и их подразделения, территориальные АО-Энерго, проектные и научно-исследовательские институты (Энергосетьпроект, ВНИИЭ, НИИПТ и т.д.).

Цель данных методических указаний – получение студентами навыков для ведения расчетов установившихся режимов электрических сетей любого размера, сложности и класса напряжения (от 0,4 до 1150 кВ), а также следующих навыков:

–полный расчет всех электрических параметров режима (напряжение, ток, потоки и потери активной и реактивной мощности во всех узлах и ветвях электрической сети);

–проверка исходной информации на логическую и физическую непротиворечивость;

–упрощение схем электрических сетей;

–моделирование отключения линий электропередач, в том числе одностороннего, и определение напряжения на открытом конце;

–построение графического отображения схемы с расстановкой всех узлов и ветвей и т.д.

3

Лабораторная работа № 1

СОЗДАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ В ПК RASTRWIN

Цель работы – получить основные навыки при работе с программой.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Структура программы, загрузка и сохранение данных

Меню программы показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Меню программы

Команды открытия окон с графической и текстовой информацией расположены в меню «Открыть».

При загрузке файлов и проведении расчетов содержимое открытых окон автоматически обновляется. В процессе работы программы

4

существует возможность одновременного открытия нескольких окон, но при этом необходимо помнить, что каждое открытое окно требует на свое обновление время, которое может оказаться больше времени расчета режима, и поэтому не следует открывать слишком большое число окон без надобности. Чаще всего используемые команды доступны через панель инструментов, главное меню и клавиатуру

(например, «Расчет режима»).

Программа работает с файлами, загруженными в рабочую область. При работе программного комплекса одновременная загрузка возможна только для одного файла выбранного типа (например, загрузка файла режима стирает режим, ранее бывший в рабочей области). Тип файла выбирается при его загрузке (по умолчанию в графе «Тип файла» установлен тип «режим.rg2». Возможна одновременная загрузка файлов различных типов. (Например, можно загрузить один файл графики и при этом загружать различные режимы. Связь между графикой и режимом на изображении в окнах происходит по номерам узлов.)

Для сохранения результатов коррекции данных используются команды «Сохранить как» и «Сохранить все». Команда «Сохра-

нить все» сохраняет данные под последним использованным именем. Вследствие этого при начальном вводе данных следует использовать команду «Сохранить как».

При выходе из программы содержимое загруженных файлов автоматически сохраняется, а при запуске – восстанавливается. Возможно сохранить и загрузить всю рабочую область, для чего в меню

«Тип Файла» необходимо выбрать команду «Прямая загрузка, без шаблона». Во избежание ошибок и путаницы не рекомендуется давать таким файлам используемые в программном комплексе расширения типов файлов.

Перед введением новой схемы предварительно необходимо выполнить команду «Файлы» − « Новый» и отметить галочкой тип файла «режим.rg2». В результате очистится память и обнулится число узлов и ветвей. Далее необходимо пройти по следующему пути:

5

меню «Открыть» – « Узлы» – « Узлы» и «Открыть» – « Ветви» – «Ветви». На экране появляются 2 окна, в которых содержатся пустые таблицы для ввода узлов и ветвей. Экранный редактор имеет два режима работы: коррекция и просмотр.

В режиме просмотра блокируются все функции ввода и редактирования. По умолчанию при первичном входе редактор находится в режиме просмотра. Режим переключается клавишами F2 или Enter.

Для добавления, удаления и дублирования строк используются команды из меню «Таблица» («Вставить», «Удалить», «Добавить», «Дублировать»).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Перед началом расчетов в программном комплексе нужно подготовить исходные данные по схеме, нагрузкам и генераторам электрической сети в форме, понятной программе. Для этого необходимо:

1. Пронумеровать все узлы электрической сети, включая все промежуточные узлы. Например, электрическую станцию можно представить в виде двух узлов – шины за трансформатором и шины генераторного напряжения. Электрическим шинам соответствует узел в исходных данных программы. Номер узла должен быть числом уникальным в диапазоне от 1 до 32 000, сквозная нумерация необязательна. Для более простой ориентации в схеме узлам, относящимся к одному объекту, целесообразно давать похожие номера (например, 7, 17, 107, 1007 и т.д.).

2.Выбрать номера узлов и нанести их на схему сети.

3.Определить номинальное напряжение каждого узла и нанести его на схему.

4.Для каждого узла нагрузки требуется определить активную и реактивную мощности потребления. При задании исходных данных активной мощностью и cos φ, следует рассчитать реактивную мощность.

5.Для узлов, содержащих синхронные машины (компенсаторы, генераторы), следует определить активную мощность генерации,

6

пределы регулирования реактивной мощности (Qmin − Qmax) и заданный (фиксированный) (Vзд) модуль напряжения.

6.При содержании в узле шунтов на землю – шунтирующих реакторов (ШР) или батарей статических конденсаторов (БСК) необходимо определить их проводимость (в мкСм) и отобразить на схеме.

7.Произвести расчет проводимости на землю и продольного сопротивления линий электропередачи (проводимость измеряется в микросименсах и емкостный характер отражается знаком минус).

8.Определить сопротивление R + jX для трансформаторов, приведенное к стороне высокого напряжения, а также проводимость шунта на землю G + jB и коэффициент трансформации, который равен отношению низкого номинального напряжения к высокому (таким образом, коэффициент трансформации будет меньше единицы).

9.Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы следует показать в виде схемы «звезда с промежуточным узлом и тремя ветвями», две из которых имеют коэффициенты трансформации.

10.Если в сети имеется группа параллельных линий, то рекомендуется каждой из них присваивать свой номер в группе.

11.Найти номер балансирующего узла и его модуль напряжения.

Входе подготовки исходных данных возможно использование функциональных клавиш:

TAB – следующий столбец;

Shift + TAB – предыдущий столбец; PgDn – лист вперед;

PgUp – лист назад;

Ctrl + PgUp – начало таблицы; Ctrl + PgDn – конец таблицы. Все номера ветвей и узлов должны быть положительными целы-

ми числами в диапазоне от 1 до 2 147 483 647. Все названия не должны превышать в длину 256 символов.

Схему следует вводить, начиная с данных узлов.

Для каждого узла вводится следующая информация: номер «Номер» и номинальное напряжение «U_ном». Для узлов нагрузки дополнительно вводятся активная и реактивная мощности потребления

7

«P_н», «Q_н». Для узлов с генераторами или компенсаторами дополнительно задаются пределы изменения реактивной мощности «Q_min», «Q_max», в графе «V_зд» для этих узлов указывается заданный модуль напряжения. Значение модуля напряжения будет выдержано, если позволят пределы регулирования реактивной мощности. Пример подготовки данных по узлам представлен на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Данные по узлам

Условные обозначения для узлов:

О – отметка узла (используется для сортировки, эквивалентирования и т.д.);

S – состояние узла (включен/отключен);

Район – номер района, к которому относится узел; Номер – номер узла;

N_схн – номер статической характеристики нагрузки (СХН): 0 – СХН не задана; 1, 2 – СХН стандартны (зашиты в программу);

>2 – задаются пользователем в таблице «Полиномы». Название – название узла;

U_ном – номинальное напряжение;

P_г, Q_г – мощность генерации;

P_н, Q_н – мощность нагрузки;

Q_min, Q_max, V_зд – пределы генерации реактивной мощности и заданный модуль напряжения. В узле фиксируется модуль «V_зд», если он не равен нулю и задано Q_min < Q_max;

G_ш, B_ш – проводимость шунта на землю (шунтирующий реактор (ШР) или батарея статических конденсаторов (БСК)), мкСм;

V, Delta – расчетный модуль и угол напряжения. Для базисных узлов это исходные данные, для остальных – расчетные величины.

8

Условные обозначения для ветвей:

О – отметка ветви (используется для сортировки, выборки и т.д.); S – состояние ветви (включена/отключена);

N_п – номер ветви в группе параллельных ветвей; R, X – соответствующие сопротивления;

N_нач, N_кон – номер узла в начале ветви и номер узла в конце ветви;

G, B – проводимости, мкСм. Для линий электропередач – общая проводимость шунтов имеет вид П-образной схемы (B < 0), для трансформатора – проводимость шунта холостого хода Г-образной схемы (B > 0);

I_доп – допустимый ток, используемый для определения токовой загрузки;

K_т/r, K_т/i – вещественная и мнимая составляющие коэффициента трансформации.

Часть перечисленных параметров в таблице скрыта, изменить их видимость можно с помощью меню, вызываемого щелчком правой кнопки мыши на заголовке соответствующего столбца.

При вводе данных по ветвям (пункт меню «Ветви») задаются номера узлов, ограничивающих ветвь. Разделение ветвей на ЛЭП и трансформаторы осуществляется программой по значению, проставленному в поле коэффициента трансформации «К_т/r»: для ЛЭП это поле пустое или ноль, для трансформаторов – заполнено значением (даже если это единица!). При вводе данных о трансформаторных ветвях важен порядок задания номеров узлов, которые их ограничивают. Первым (поле «N_нач») должен стоять номер узла, к напряжению которого приведено сопротивление, чаще всего это узел высшего напряжения, тогда вторым (поле «N_кон») будет номер узла низшего напряжения. Коэффициент трансформации – отношение напряжения узла «N_кон» к напряжению узла «N_нач», т.е. это, как правило, отношение низшего напряжения к высшему. Пример подготовки данных по ветвям показан на рис. 1.3.

9